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1、气一气列管换热实验指导书气-气列管换热实验一、实验目的1 .测定列管式换热器的总传热系数。2 .考察流体流速对总传热系数的影响。3 .比较并流流动传热和逆流流动传热的特点。二、基本原理在工业生产过程中，大量情况下，冷、热流体系通过固体壁面（传热元件）进行热量交换，称为间壁式换热。如图（41）所示，间壁式传热过程由热流体对固体壁面的对流传热,固体壁面的热传导和固体壁面对冷流体的对流传热所组成。达到传热稳定时，有(4-DQmiCpiTiT2m2cp2t2tiKAtm式中：Q传热量，J/s;mi热流体的质量流率，kg/s;Cpi热流体的比热，J/（kg?C）；Ti热流体的进口温度，C；T2热流体的出
2、口温度，c；m2冷流体的质量流率，kg/s;cp2冷流体的比热，J/（kg?C）；ti冷流体的进口温度，C；t2冷流体的出口温度，C；以传热面积A为基准的总给热系数，W/（m2?C）；tm-冷热流体的对数平均温差，C；热、冷流体间的对数平均温差可由式（42）计算,tmt2T2tilnTT2ti(42)列管换热器的换热面积可由式（43）算得,AndL(43)其中，d为列管直径（因本实验为冷热气体强制对流换热，故各列管本身的导热忽略，所以d取列管内径），L为列管长度，n为列管根数，以上参数取决于列管的设计，详见下文附表。由此可得换热器的总给热系数，QKAtm(44)在本实验装置中，为了尽可能提高换
3、热效率，采用热流体走管内、冷流体走管间形式，但是热流体热量仍会有部分损失，所以Q应以冷流体实际获得的热能测算，即Q2V2Cp2(t2ti)(45)则冷流体质量流量m2已经转换为密度和体积等可测算的量，其中V2为冷流体的进口体积流量，所以2也应取冷流体的进口密度，即需更具冷流体的进口温度（而非定性温度）查表确定。除查表外，对于在0100c之间，空气的各物性与温度的关系有如下拟合公式。523（1）空气的密度与温度的关系式：10t4.510t1.2916(2)空气的比热与温度的关系式：60c以下Cp=1005J/(kg?C),70c以上Cp=1009J/(kg?c)。三、实验装置与流程nn iiMt
4、iin mi |r风机Rtn. i -名称符号单位备注冷流体进口温度tlc热流体走管内，冷流逆流出口温度t2c体走管间。列管规格并流出口温度t2c252mm,即内径热流体进口温度Tic21mm,共7根列管,热流体出口温度T2c长1m,则换热面积热风流量Vim3/h共0.462m2。冷风流量V2m3/h本装置采用冷空气与热空气体系进行对流换热。热流体由风机1吸入经流量计V1计量后，进入加热管预热，温度测定后进入列管换热器管内，出口也经温度测定后直接排出。冷流体由风机2吸入经流量计V2计量后，由温度计测定其进口温度，并由闸阀选择逆流或并流传热形式。即：上图冷风左侧进口阀打开即为逆着热风的流向，相应
5、的也应打开对角处的逆流出口阀，这就是逆流换热的流程；类似的，将冷风右侧进口阀打开即为并着热风的流向，打开对角的冷流体并流出口阀，这就是并流换热的流程。冷热流体的流量可由各自风机的旁路阀调节。操作步骤1. 打开总电源开关、仪表开关，待各仪表温度自检显示正常后进行下步操作。2. 打开热流体风机的出口旁路，启动热流体风机，再调节旁路阀门到适合的实验流量。（一般取热流体流量6080m3/h，整个实验过程中保持恒定。）3. 开启加热开关，调节旋钮，使加热电压到一恒定值。（例如在室温20左右，热流体风量70m3/h,一般调加热电压150V,经约30min后，热流体进口温度可恒定在82c左右。）4. 待热流
6、体在恒定流量下的进口温度相对不变后，可先打开冷流体风机的出口旁路，启动冷流体风机。5. 若选择逆流换热过程，则将控制面板上温度切换显示开关调至逆流状态，打开冷流体进出管路上对应逆流流程的两个阀门。6. 然后以冷流体流量作为实验的主变量，调节风机旁路，从2080m3/h流量范围内，选取5到6个点作为工作点进行实验数据的测定。7. 待某一流量下的热流体和逆流的冷流体换热的四个温度相对恒定后，可认为换热过程基本平衡了，抄录冷热流体的流量和温度，即完成逆流换热下一组数据的测定。之后，改变一个冷流体的风量，再待换热平衡抄录又一组实验数据。8. 同理，可进行冷热流体的并流换热实验。注意：热流体流量在整个实验过程中最好保持不变，冷流体每次的进口温度会随风机发热情况不同，但在一次换热过程中，必须待热流体进出口温度相对恒定后方可认为换热过程平衡。9. 实验结束，应先关闭加热器，待各温度显示至室温左右，再关闭风机和其他电源。五、实验报告1. 逆流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数2. 并流换热流程下，固定热流体流量，求取总换热系数K（逆）。K（并）。